透明质酸寡糖修饰的胶原蛋白构建血管组织工程支架材料的研究

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心血管疾病是人类生命第一杀手。目前用于替代直径<5mm的小血管面临着以下几个困难:(1)难以从组分、结构上和功能上充分仿生天然血管,尤其是血管内腔的内皮化以及抗凝血性;(2)血管缺乏活性,也导致力学性能和天然血管不匹配,易引起血管增生、肥大和再狭窄;(3)血管成型时间长等。理想的人造血管在植入病人体内后,支架应能在愈合过程中逐渐降解重塑,进而形成与宿主字体血管具有相同生物和机械性能的新血管。因此,模仿天然血管的成分和结构,研制仿生小血管,已成为国际研究热点。本研究从仿生角度出发,基于透明质酸寡糖(oHA)同时具有抗凝以及促血管内皮化的双重功能,用其修饰作为血管细胞外基质主要成分的胶原蛋白,模拟天然小血管内皮层基质的组分和结构,以构建具有促血管化和抗凝双重功能的血管仿生基质,研究其细胞相容性,为后续的小血管修复与再生研究奠定基础。首先,由于oHA的大量获取比较困难,我们通过酶解透明质酸(HA)制备和纯化了 oHA,并对其进行表征。然后用制备的oHA修饰血管基质主要成分的胶原蛋白,制备糖基化胶原,期望赋予其促血管内皮化和抗凝双重功能。然后,通过静电纺丝将糖基化胶原组装为纳米纤维,用于仿生血管内皮层基质。在制备的仿生基质材料上种植猪髋动脉内皮细胞,研究细胞在oHA糖基化胶原纳米纤维血管支架材料上的粘附、增殖、迁移等行为,通过qRT-qPCR探究材料对内皮细胞ICAM-1、PCNA、P53以及CD31等基因表达的调控,研究材料的细胞相容性及安全性,期望构建与天然血管内皮层有类似组分、活性与功能的组织工程血管支架。研究得出结论如下:Ⅰ 透明质酸酶解以及凝胶层析分离纯化可以成功的批量制备和分离纯化透明质酸四糖、六糖、八糖和十糖,主要条件为:层析柱:Bio-GelP6,流动相:0.1mol/L NH4HCO3,上样量:100mg(溶于1mL流动相中),UV检测波长:232nm。Ⅱ 通过EDC/NHS交联或还原胺化法可将HA(或oHA)与胶原蛋白连接,构建糖基化胶原蛋白复合物;EDC/NHS法条件优化结果为:胶原蛋白溶胀时间30min,胶原蛋白-透明质酸质量比8:2,反应时间4h,EDC与透明质酸羧基摩尔比4:1,所得糖含量根据透明质酸分子量不同在1.2%-4.1%之间;还原胺化反应条件优化结果为:胶原蛋白-透明质酸质量比8:2,反应溶剂为六氟异丙醇-O.1mol/LNaHCO3共混体系,oHA与胶原蛋白反应时产物超滤离心3次后可完全除去未反应的oHA,所得产物糖含量为(1.4±0.32)%,分子量为5k的透明质酸与胶原蛋白反应时产物超滤6次后可完全去除未反应透明质酸,所得产物糖含量为(2.65±0.30)%。Ⅲ用六氟异丙醇或六氟异丙醇/三氟乙酸作为溶剂体系,溶解经过还原胺化制备的透明质酸寡糖修饰的糖基化胶原蛋白,使其成功的用于静电纺丝,具备一定的孔隙率;然后用25%的戊二醛蒸汽熏蒸48h可对胶原蛋白(COL),oHA-COL,以及分子量为5kD的透明质酸(HA5k)经还原胺化修饰的胶原蛋白HA5k-COL进行交联;EDC/无水乙醇浸泡24h可对分子量为870kD的透明质酸(HA870k)与胶原蛋白静电纺丝混纺产物HA870k-COL进行有效交联;上述四种交联物在37℃去离子水中浸泡48h后仍能维持纤维形态,能满足构建仿生细胞外基质支架的需求。Ⅳ猪款动脉内皮细胞在COL,oHAs-COL,HA5k-COL以及HA870k-COL四种材料上的增殖行为表明,低分子透明质酸修饰的胶原蛋白可以显著促进血管内皮细胞的增殖,高分子透明质酸修饰的胶原蛋白抑制血管内皮细胞生长。内皮细胞在上述各材料上培养三天后,ICAM-1(细胞间粘附因子-1)、PCNA(细胞增殖核抗原)、P53(P53)以及CD31(内皮细胞粘附分子-1)均有表达。ICAM-1及PCNA的表达说明内皮细胞在各材料上培养一定时间后仍具备良好的增殖、迁移能力;P53的表达说明细胞仍具备一定的抑制肿瘤发生的能力;CD31的表达表明内皮细胞在各种材料上培养后仍能维持内皮细胞表型和生成血管的特性。因此透明质酸修饰的胶原蛋白支架材料对内皮细胞无明显毒性,不影响内皮细胞的正常生长和生理功能,具备良好的生物相容性和安全性,且oHA修饰的糖基化胶原蛋白具有促血管内皮化的功能,是十分有前景的血管修复材料。
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